你們是否還記得今年3月份曾經(jīng)報道過的關(guān)于英國科學(xué)家在使用3D打印技術(shù)開發(fā)微型機器人方面獲得的突破性進(jìn)展？他們成功3D打印出了一個微米級機器人：微游泳者（microswimmer）。這種微型機器人可以在人體內(nèi)運動，甚至可以攜帶“貨物”。而近日，美國加州大學(xué)的研究人員也開發(fā)出了一種3D打印的智能微機器人：微型魚（microfish）。據(jù)稱，這種“微型魚”可以被注射到血液中執(zhí)行復(fù)雜的特定醫(yī)療任務(wù)，比如作為傳感器、解毒及定向給藥等。
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這項研究項目是由加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程系陳紹琛教授和Joseph Wang教授領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行的，其結(jié)果于8月12日發(fā)行發(fā)表在了《先進(jìn)材料》雜志上。
這種微型魚堪稱是生物醫(yī)學(xué)的一次革命性發(fā)明。它們本質(zhì)上是一種形似魚類并能夠在液體中高效游泳的機器人。這些微型魚通過過氧化氫化學(xué)供電，并能夠通過磁性控制。
研究人員進(jìn)行了一系列有趣的演示證明它其能力。研究人員往微型魚體內(nèi)注入了帶毒素的納米粒子，然后將其與聚二乙炔（PDA）納米顆?；旌显谝黄?，后者能夠捕獲有害的成孔毒素（pore-forming）。在測試過程中，他們發(fā)現(xiàn)，微型魚快速而有效地清理了自己身上的毒素——這一過程之所以可見，是因為PDA納米顆粒在結(jié)合毒素分子時會發(fā)亮并發(fā)出紅色的熒光。
另外，這僅僅是這些3D打印微型魚許多可能的應(yīng)用之一。“這個實驗清楚地表明了，微型魚可以作為一種更加有效地解毒系統(tǒng)和毒素傳感器。”研究人員稱，“另外一個令人興奮的應(yīng)用是將藥品封裝在微型魚體內(nèi)，并將其用于藥物的定向釋放。”
或許你也會說，如今很多的科學(xué)家都已經(jīng)研發(fā)出了各種微型機器人，這些微型魚的特別之處又在哪里呢？首先，現(xiàn)在全球科學(xué)實驗室里出現(xiàn)了各種微型機器人，但是這些微型機器人的運動系統(tǒng)都是基于微型射流發(fā)動機、微型鉆機和微型火箭的。而且大部份的微型機器人都無法執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)，因為它們通常是很基本的球形或圓柱形結(jié)構(gòu)，此外它們還是無機同質(zhì)物體。
相比之下，該項目制造的微型魚的能力要大得多。研究人員可以將功能納米顆粒進(jìn)入其身體的某些部分，并且將鉑納米顆粒裝在它的尾巴上，使其與過氧化氫反應(yīng)以推動其向前運動。同時把磁性氧化鐵納米顆粒安裝在魚頭部，通過磁性控制其運動方向。“通過從大自然中獲得的靈感，我們已經(jīng)開發(fā)出了一種全新的方法來設(shè)計出一種比人的頭發(fā)絲還細(xì)、但是具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的微游泳者。根據(jù)這種方法，我們能夠輕松地在這種微機器人的內(nèi)部集成不同的功能，使其具有非常廣泛的應(yīng)用范圍。”該論文的共同第一作者Wei Zhu說。
那么，這些微型魚是如何3D打印出來的？主要依靠由陳紹琛教授團(tuán)隊開發(fā)出來的一種3D打印制造工藝——微型連續(xù)光打?。ɑ?mu;COP）。該技術(shù)非?？焖偾铱蓴U展，而且還十分精確、靈活，只需幾秒鐘即可3D打印出數(shù)百條微型魚，每個都有120微米長、30微米厚。通過計算機，他們嘗試賦予它們某些水生生物的形狀，比如鯊魚和蝠鲼等。“使用這種3D打印技術(shù)，我們可以不僅僅局限于魚的形狀，也可以根據(jù)其他生物的形狀快速構(gòu)建微型機器人，比如鳥類等。”研究人員稱。
據(jù)了解，這種新型的3D打印技術(shù)是基于數(shù)字微鏡陣列器件（DMD）芯片的，該包含兩百萬微鏡。每個都由一種算法單獨控制，根據(jù)希望的魚形圖案進(jìn)行UV光投射。隨后這些感光材料就像在SLA 3D打印過程中那樣，逐層曝光固化形成微型魚。
研究人員稱“這種方法使得我們更容易測試這些微型機器人的不同設(shè)計方案，并嘗試將擁有不同功能元素的納米粒子加入到這些微小的結(jié)構(gòu)中。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究，最終開發(fā)出運行更安全、更精確的手術(shù)微型機器人。”
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